전북대학교 유연인쇄전자전문대학원 나석인 교수 연구팀이 차세대 태양전지 상용화를 가로막아 온 진공 증착 공정의 표면 결함을 제어하는 기술을 개발했다. 표면 결함을 효과적으로 줄여 태양전지의 효율과 장기 안정성을 동시에 높이면서 상용화 가능성을 높였다는 평가다.

5일 전북대에 따르면 페로브스카이트 태양전지는 높은 광전변환효율과 저비용 생산이 가능해 차세대 태양광 기술로 주목받고 있다. 특히 진공 증착 공정은 대면적 생산에 유리하지만 표면 결함으로 인한 에너지 손실과 안정성 저하가 상용화의 걸림돌로 지적돼 왔다.

연구팀은 표면 결함을 단계적으로 제어하는 ‘이중 패시베이션(Bilayer Passivation)’ 기술을 개발해 이 같은 한계를 개선했다. 표면 결함과 미세한 빈 공간을 줄여 전하 이동을 원활하게 하고 에너지 손실을 최소화한 것이 핵심이다.

그 결과 태양전지는 최고 광전변환효율 20.59%를 기록했으며, 질소 환경에서 1000시간 보관 후에도 초기 성능의 94%를 유지했다. 연속 광조사 조건에서도 200시간 동안 초기 효율의 90%를 유지해 효율과 안정성을 모두 확보했다.

연구팀은 2.4㎠ 크기의 페로브스카이트 미니모듈에서도 18.46%의 효율을 구현해 대면적 제조 가능성도 확인했다. 실험실 수준을 넘어 대량 생산 공정으로 확장할 수 있는 기반을 마련했다는 의미를 갖는다.

나석인 교수는 “진공 증착 공정의 핵심 과제였던 표면 결함을 효과적으로 제어해 효율과 안정성을 함께 높일 수 있음을 확인했다”며 “차세대 페로브스카이트 태양전지 상용화를 앞당기는 기반 기술이 될 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단과 한국전력공사의 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘Advanced Functional Materials’에 게재됐다.